本發(fā)明涉及變電站安全控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)是涉及一種用于變電站的直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

直流系統(tǒng)不僅為變電站繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、控制、信號(hào)及事故照明等提供可靠的直流電源，而且還為日常倒閘操作提供可靠的操作電源。其可靠與否直接對(duì)變電站的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

當(dāng)變電站整站失壓，充電機(jī)停止工作，蓄電池組作為變電站安全運(yùn)行的最后一道屏障，它能否為變電站提供可靠的直流電源意義甚大，近年來(lái)，發(fā)生過(guò)多起因?yàn)樽冸娬拘铍姵毓收隙斐烧麄€(gè)變電站全站停電、設(shè)備燒毀等事故。因此，對(duì)蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)可靠的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)對(duì)整個(gè)變電站甚至電網(wǎng)意義重大。

鉛酸蓄電池自1859年由普蘭特發(fā)明以來(lái)，至今已有150多年的歷史，技術(shù)十分成熟，是全球上使用最廣泛的化學(xué)電源。盡管近年來(lái)鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等新型電池相繼問(wèn)世并得以應(yīng)用，但鉛酸蓄電池仍然憑借大電流放電性能強(qiáng)、電壓特性平穩(wěn)、溫度適用范圍廣、單體電池容量大、安全性高和原材料豐富且可再生利用、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)中占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位。閥控式密封鉛酸蓄電池憑借性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠、維護(hù)工作量小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)90年代以來(lái)短短數(shù)年就幾乎取代了所有變電站的傳統(tǒng)直流設(shè)備。

蓄電池組由于工藝制造、使用年限及日常維護(hù)不當(dāng)?shù)仍?，可能?huì)造成蓄電池電解液蒸發(fā)、內(nèi)阻變大和容量減小等情況，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，就可能會(huì)造成蓄電池在電力系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)無(wú)法提供可靠的直流電源，無(wú)法配合自動(dòng)裝置快速切除故障以致造成設(shè)備損毀等嚴(yán)重后果。因此必須定期對(duì)其進(jìn)行核對(duì)性充放電試驗(yàn)，確保蓄電池組的容量滿(mǎn)足電網(wǎng)運(yùn)行的要求。《變電站直流運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定“新安裝蓄電池組應(yīng)進(jìn)行全容量核對(duì)性充放電試驗(yàn)，容量達(dá)到100％；以后每?jī)赡赀M(jìn)行一次核對(duì)性充放電試驗(yàn)。運(yùn)行四年以后每年進(jìn)行一次核對(duì)性充放電試驗(yàn)，容量需達(dá)到80％及以上”。

全核對(duì)性放電試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)π铍姵亟M進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查，但是試驗(yàn)過(guò)程中需要將蓄電池組退出直流系統(tǒng)。因此，當(dāng)變電站配置有兩套閥控式密封鉛酸蓄電池組時(shí)可以采用，當(dāng)變電站僅有一組蓄電池時(shí)，為了確保直流系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，此蓄電池組不能夠退出直流系統(tǒng)運(yùn)行，也不能夠作全核對(duì)性放電試驗(yàn)，只能在充電機(jī)停用后，由蓄電池組向直流負(fù)載和放電電阻供電，作30％～50％額定容量的核對(duì)性放電試驗(yàn)。在這種情況下，由于已將充電機(jī)退出系統(tǒng)，變電站發(fā)生短路故障時(shí)，如果蓄電池容量不足、內(nèi)部斷路等都可能會(huì)造成變電站整個(gè)直流系統(tǒng)失電、保護(hù)拒動(dòng)等嚴(yán)重事故。因此，這種試驗(yàn)方法對(duì)試驗(yàn)人員專(zhuān)業(yè)水平要求高，在試驗(yàn)過(guò)程中要嚴(yán)格按照規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)，否則極有可能因?yàn)樵囼?yàn)人員的操作方法不當(dāng)引起整站直流系統(tǒng)失壓事故。

在傳統(tǒng)的閥控式密封蓄電池組的運(yùn)行中主要監(jiān)視蓄電池組的端電壓值，浮充電流值，每只蓄電池的電壓值、蓄電池組及直流母線(xiàn)的對(duì)地電阻和絕緣狀態(tài)等。如圖1所示為單母線(xiàn)接線(xiàn)的直流系統(tǒng)，正常工作情況下，K1、K2都是合閘位置，需要做核對(duì)性充放電試驗(yàn)時(shí)，斷開(kāi)K1，接通K3，試驗(yàn)完畢后恢復(fù)。K1、K2和K3這三組刀閘的位置對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)的運(yùn)行起決定性作用，但這三組刀閘卻常常被變電站運(yùn)維人員與檢修人員所輕視大意，其輔助觸點(diǎn)位置信號(hào)也沒(méi)有通過(guò)通信接口送到監(jiān)控后臺(tái)和調(diào)度，這成為電力系統(tǒng)一個(gè)監(jiān)控盲區(qū)，給變電站直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行埋下深深的隱患。2016年8月，西安某330kV變電站直流系統(tǒng)中由于蓄電池連接至直流小母線(xiàn)的刀閘(如圖1中K2刀閘)未能按規(guī)定正確投入，在變電站短路故障情況下，充電裝置停止工作，直流系統(tǒng)失電，保護(hù)拒動(dòng)，最終導(dǎo)致變電站主變燒毀。因此，實(shí)時(shí)在線(xiàn)加強(qiáng)變電站蓄電池的“健康”管控以及與直流系統(tǒng)的完整性是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，公開(kāi)了一種用于變電站的直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，解決運(yùn)行電能計(jì)量裝置管理中監(jiān)測(cè)困難的問(wèn)題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種用于變電站的直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

蓄電池以浮充電方式運(yùn)行；

控制與檢測(cè)單元降低充電電壓，啟動(dòng)自檢測(cè)中斷系統(tǒng)；

控制與檢測(cè)單元對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，并控制蓄電池放電回路的通斷；

升高蓄電池的充電電壓，蓄電池進(jìn)入均衡充電。

進(jìn)一步地，所述控制與檢測(cè)單元降低充電電壓，啟動(dòng)自檢測(cè)中斷系統(tǒng)，具體為，在進(jìn)行均衡充電前5min啟動(dòng)自檢測(cè)中斷系統(tǒng)，對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)將充電電壓降為浮充電電壓的90％。

進(jìn)一步地，所述控制與檢測(cè)單元對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，并控制蓄電池放電回路的通斷；具體包括：檢測(cè)蓄電池的輸出電流表功率是否反向，反向時(shí)，蓄電池放電回路接通進(jìn)行一定時(shí)間恒流放電，否則發(fā)出回路異常告警信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述一定時(shí)間為3min。

進(jìn)一步地，所述控制與檢測(cè)單元還包括用于檢測(cè)蓄電池?cái)嗔鞯臄嗔鳈z測(cè)裝置，所述斷流檢測(cè)裝置通過(guò)時(shí)間元件，設(shè)定時(shí)間閉鎖，電流為零的時(shí)間未到達(dá)設(shè)定值時(shí)可靠不動(dòng)作，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，由判別元件啟動(dòng)向監(jiān)控后臺(tái)和遠(yuǎn)方調(diào)度發(fā)送告警指令。

進(jìn)一步地，所述浮充電壓為2.23～2.28V/單體。

優(yōu)選的，所述浮充電壓選擇為2.25V/單體。

進(jìn)一步地，所述均衡充電電壓為2.3～2.4V/單體。

優(yōu)選的，所述均衡充電電壓選擇2.35V/單體。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明加強(qiáng)了蓄電池的自身實(shí)時(shí)檢測(cè)，強(qiáng)化了與直流系統(tǒng)的聯(lián)系。蓄電池自檢測(cè)模式能夠在正常浮充電工作情況下自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的優(yōu)劣，并且能通過(guò)電流表是否有讀數(shù)驗(yàn)證直流回路的完整性。相比較現(xiàn)有蓄電池核對(duì)性充放電試驗(yàn)，安全可靠，省時(shí)省力。而且蓄電池自檢測(cè)周期與均衡充電相配合，有充有放，使蓄電池容量得到最大程度的釋放，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命；蓄電池?cái)嗔鳈z測(cè)能夠?qū)崟r(shí)有效的檢測(cè)蓄電池組與直流系統(tǒng)的聯(lián)系，當(dāng)蓄電池組因?yàn)槿魏卧蛎撾x直流系統(tǒng)時(shí)，變電站值班員或者調(diào)度都能夠在第一時(shí)間接受到告警信號(hào)，確保故障能夠及時(shí)可靠的處理。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提到的現(xiàn)有的直流系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明提出的一種用于變電站的直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法流程圖；

圖3為圖2所述的方法具體流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的一組蓄電池組內(nèi)阻等效圖；

圖5為本發(fā)明提出的蓄電池?cái)嗔鳈z測(cè)電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例描述本發(fā)明具體實(shí)施方式：

參見(jiàn)圖1至圖3，為本發(fā)明提出的一種用于變電站的直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法流程圖。

如圖1至圖3所示，一種用于變電站的直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

蓄電池以浮充電方式運(yùn)行；

控制與檢測(cè)單元降低充電電壓，啟動(dòng)自檢測(cè)中斷系統(tǒng)；

控制與檢測(cè)單元對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，并控制蓄電池放電回路的通斷；

升高蓄電池的充電電壓，蓄電池進(jìn)入均衡充電。

本發(fā)明提供的一種用于變電站的直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，通過(guò)在直流系統(tǒng)中增加控制與檢測(cè)單元，對(duì)變電站的直流系統(tǒng)中蓄電池的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)遠(yuǎn)程通信接口可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，在正常運(yùn)行時(shí)，蓄電池以浮充電方式運(yùn)行，浮充電壓一般控制在2.23～2.28V/單體，浮充電壓過(guò)高、過(guò)低都會(huì)造成蓄電池極板硫化、活性物質(zhì)松動(dòng)，從而使蓄電池容量變小，縮短了電池壽命，在25℃時(shí)，一般設(shè)置為2.25V/單體。由于蓄電池在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的不均勻現(xiàn)象，為使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)，一般每隔3個(gè)月進(jìn)行均衡充電，均衡充電電壓一般控制在2.3～2.4V/單體，在25℃時(shí)，通常取2.35V/單體，通過(guò)設(shè)置直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，可以自動(dòng)控制蓄電池進(jìn)行均衡充電的切換，不需要人為干預(yù)，保證直流系統(tǒng)中蓄電池的正常運(yùn)行，提高供電系統(tǒng)的可靠性。

進(jìn)一步地，所述控制與檢測(cè)單元降低充電電壓，啟動(dòng)自檢測(cè)中斷系統(tǒng)，具體為，在進(jìn)行均衡充電前5min啟動(dòng)自檢測(cè)中斷系統(tǒng)，對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)將充電電壓降為浮充電電壓的90％。

進(jìn)一步地，所述控制與檢測(cè)單元對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，并控制蓄電池放電回路的通斷；具體包括：檢測(cè)蓄電池的輸出電流表功率是否反向，反向時(shí)，蓄電池放電回路接通進(jìn)行一定時(shí)間恒流放電，否則發(fā)出回路異常告警信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述一定時(shí)間為3min。

蓄電池組正常浮充電時(shí)，由于浮充電電流較小，每個(gè)單體蓄電池的電壓相差不是很大，當(dāng)蓄電池大電流充電、放電時(shí)，根據(jù)基爾霍夫電流定律，內(nèi)阻較大的蓄電池分壓較大，因此，通過(guò)在大電流放電模式下比較蓄電池組各個(gè)單體蓄電池的電壓可以精確監(jiān)控蓄電池運(yùn)行工況。

如圖4所示為一組蓄電池組的內(nèi)阻等效圖，E為單體蓄電池的電動(dòng)勢(shì)，Zeq為等效單體內(nèi)阻。正常情況下可以近似認(rèn)為各個(gè)單體蓄電池電動(dòng)勢(shì)相等，即：

E1＝E2＝……＝En

蓄電池內(nèi)阻正常情況下都在mΩ級(jí)，因此各個(gè)蓄電池內(nèi)阻分壓較小，可以近似認(rèn)為：

U1＝U2＝……＝Un

當(dāng)蓄電池組中一個(gè)單體蓄電池Ei內(nèi)阻Zeqi偏大時(shí)，在蓄電池組放電時(shí)，由于基爾霍夫效應(yīng)，其分壓較大，則：

U1＝U2＝……＝Un>Ui

因此可以通過(guò)不同蓄電池的電壓差是否大于設(shè)定值來(lái)監(jiān)視蓄電池組，即差壓測(cè)量法：

|U_i-U_j|＞U_set(i∈{1,2,…n},j∈{1,2,…n})

當(dāng)變電站僅有一組蓄電池時(shí)，做核對(duì)性放電試驗(yàn)時(shí)如果突發(fā)變電站短路及蓄電池故障會(huì)造成直流系統(tǒng)失電。本發(fā)明提供的直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，可以用來(lái)彌補(bǔ)這種不足，用更為安全、簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)蓄電池的自動(dòng)檢測(cè)。

本發(fā)明實(shí)施例中，控制與檢測(cè)單元對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，并控制蓄電池放電回路的通斷；還包括：檢測(cè)蓄電池單體電壓是否小于設(shè)定值，若小于設(shè)定值，則斷開(kāi)蓄電池放電回路，否則發(fā)出蓄電池內(nèi)阻異常告警信號(hào)。

正常浮充模式下，充電機(jī)為直流母線(xiàn)和蓄電池提供穩(wěn)定的直流電源，維持整個(gè)變電站的正常直流負(fù)荷與蓄電池組內(nèi)部的自放電。蓄電池連接至直流母線(xiàn)的電流表讀數(shù)為蓄電池的正常自放電電流，方向由直流母線(xiàn)指向蓄電池。通過(guò)降低充電機(jī)的充電電壓使蓄電池處于放電狀態(tài)，根據(jù)直流系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程的要求，直流母線(xiàn)電壓不能低于90％U_N，因此，設(shè)定充電機(jī)電壓為90％直流額定電壓，以確保直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。繼而通過(guò)高精度電流表的功率流向確保蓄電池處于放電狀態(tài)，然后接通蓄電池的放電回路刀閘K3，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)放電電阻使蓄電池處于“恒流放電”狀態(tài)。為便于計(jì)算與分析，設(shè)定恒流放電的電流為蓄電池組的額定放電電流，該額定放電電流通過(guò)裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)放電電阻實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行恒流放電3分鐘，然后通過(guò)差壓測(cè)量法，即根據(jù)蓄電池恒流放電下每個(gè)單體蓄電池的端電壓，當(dāng)蓄電池組單體之間電壓差大于0.4V時(shí)，即向后臺(tái)和調(diào)度發(fā)告警信號(hào)?；蛘咄ㄟ^(guò)直流法或交流法監(jiān)測(cè)此時(shí)蓄電池的內(nèi)阻，蓄電池完全充電和完全放電時(shí)，其內(nèi)阻相差2-4倍左右。隨著放電過(guò)程的進(jìn)行，內(nèi)阻逐步增大，正常情況下蓄電池的內(nèi)阻在mΩ級(jí)，蓄電池容量不足時(shí)，內(nèi)阻會(huì)大大增加，有時(shí)甚至可達(dá)Ω級(jí)，因此可以通過(guò)檢測(cè)內(nèi)阻確定蓄電池容量是否滿(mǎn)足要求；當(dāng)有單體蓄電池內(nèi)阻大于設(shè)定值時(shí)，即可判斷此蓄電池組容量不滿(mǎn)足要求，需要對(duì)此蓄電池組進(jìn)行維護(hù)檢修或者更換。

一般情況下，蓄電池兩個(gè)電極會(huì)發(fā)生著氧化還原等化學(xué)反應(yīng)，它會(huì)消耗蓄電池的活性物質(zhì)，降低蓄電池的能量，將其轉(zhuǎn)化為不可利用的熱能，我們稱(chēng)之為蓄電池的自放電。在蓄電池組浮充電模式下，充電機(jī)除了給變電站直流負(fù)荷提供直流電源外，還時(shí)刻補(bǔ)充蓄電池組的自放電，以確保蓄電池組容量時(shí)刻滿(mǎn)足系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求。

蓄電池組自放電電流大小與蓄電池容量、制造工藝、運(yùn)行工況和環(huán)境等有關(guān)，如圖5所示，在蓄電池正常浮充狀態(tài)下，可以通過(guò)蓄電池組連接到直流母線(xiàn)回路中的高精度電流表獲取。一般浮充電流為1～3mA/Ah。

如圖5所示，當(dāng)蓄電池刀閘K2人為斷開(kāi)，或者自行故障跳開(kāi)和刀閘內(nèi)部故障斷路時(shí)，蓄電池與直流母線(xiàn)脫離，充電機(jī)不再為蓄電池組提供自放電電流，電流表的讀數(shù)為零。因此，可以通過(guò)這種斷流檢測(cè)的方法來(lái)確保直流母線(xiàn)與蓄電池組的緊密聯(lián)系，為了保證可靠準(zhǔn)確動(dòng)作，加入時(shí)間元件，設(shè)定時(shí)間閉鎖，電流為零的時(shí)間未到達(dá)設(shè)定值時(shí)可靠不動(dòng)作，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，由判別元件啟動(dòng)向監(jiān)控后臺(tái)和遠(yuǎn)方調(diào)度發(fā)送告警指令，提醒運(yùn)維人員或檢修人員對(duì)此故障進(jìn)行消除，確保直流系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定。

本發(fā)明加強(qiáng)了蓄電池的自身實(shí)時(shí)檢測(cè)，強(qiáng)化了與直流系統(tǒng)的聯(lián)系。蓄電池自檢測(cè)模式能夠在正常浮充電工作情況下自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的優(yōu)劣，并且能通過(guò)電流表是否有讀數(shù)驗(yàn)證直流回路的完整性。相比較現(xiàn)有蓄電池核對(duì)性充放電試驗(yàn)，安全可靠，省時(shí)省力。而且蓄電池自檢測(cè)周期與均衡充電相配合，有充有放，使蓄電池容量得到最大程度的釋放，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。

蓄電池?cái)嗔鳈z測(cè)能夠?qū)崟r(shí)有效的檢測(cè)蓄電池組與直流系統(tǒng)的聯(lián)系，當(dāng)蓄電池組因?yàn)槿魏卧蛎撾x直流系統(tǒng)時(shí)，變電站值班員或者調(diào)度都能夠在第一時(shí)間接受到告警信號(hào)，確保故障能夠及時(shí)可靠的處理。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。

不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于特定的實(shí)施方式，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。